Linköping University

Varje år diagnostiseras cirka 55 000 personer i Sverige med cancer. Av dessa får cirka 30% strålbehandling i botande syfte. Brachyterapi är en form av strålbehandling där en liten men starkt radioaktiv strålkälla flyttas genom katetrar som är implanterade i behandlingsområdet. En fördel med brachyterapi, jämfört med extern strålbehandling, är att frisk vävnad utsätts för lägre stråldoser. All strålbehandling föregås av en dosplanering (av en läkare eller sjukhusfysiker), för att bestämma hur bestrålningen ska utföras på bästa möjliga sätt. Målet är att ge en dödlig dos till tumören samtidigt som omkringliggande frisk vävnad skonas i möjligaste mån.

Inom ett forskningsprojekt vid Optimeringslära har utvecklats optimeringsmodeller, beräkningsmetoder och programvara som förbättrar dosplaneringen av brachyterapi. En viktig fördel med de utvecklade dosplaneringsmetoderna är att de direkt optimerar med avseende på nyckeltal som används kliniskt för att beskriva stråldosplanens kvalitet och som korrelerar till behandlingens utsikter att lyckas. Tidigare metoder har försökt uppnå samma syfte med indirekta medel, och den nya ansatsen är därför mer samstämmig med den kliniska dosplaneringen av brachyterapi och mer intuitiv för den som utför planeringen. De metoder och den programvara som utvecklats är av forskningskaraktär, men det arbete som återstår för att möjliggöra experimentell användning i klinisk miljö (dvs på ett sjukhus) är relativt litet.

De utvecklade metoderna utnyttjar en kommersiell generell standardprogramvara för optimering, vilket är mindre lämpligt för experimentell klinisk användning på grund av kostnad och lägre beräkningseffektivitet genom att problemstrukturer inte utnyttjas fullt ut. Examensarbetet syftar till att utveckla, implementera och utvärdera specialiserade algoritmer för det optimeringsproblem som är kärnan i de nya dosplaneringsmetoderna för brachyterapi, i avsikt att byta ut standardprogramvaran mot sådana algoritmer.

Detta optimeringsproblem har en matematisk struktur som lämpar sig väl för en typ av algoritmer kända som projektions- eller relaxationsmetoder, som framgångsrikt använts på besläktade tillämpningar. Dessa algoritmer kan ge korta beräkningstider och har även mycket fördelaktiga reoptimeringsegenskaper, det vill säga förmåga att på kort tid lösa flera likartade optimeringsproblem, vilket är en egenskap som är väsentlig i denna tillämpning, där planeringen görs interaktivt. Examensarbetet lämpar sig för en eller två studenter med goda kunskaper i optimeringslära och programmering. (Det handleds tillsammans med docent Åsa Carlsson Tedgren, Medicinsk Radiofysik, Institutionen för Medicin och Hälsa.)